本书系统总结了国家重点基础研究发展计划(973计划)“肥料养分持续高效利用机理与途径(2013—2017年)”的研究成果。相关研究得到了国家重点研发计划项目(2016YFD0200100)、国家水稻产业技术体系和中国农业科学院科技创新工程的资金支持。主要内容包括氮肥损失阻控与高效利用机理，磷肥增效的化学/生物学调控机理，畜禽有机肥氮磷生物转化与促效机制，秸秆还田碳氮互作提高化肥利用率机制，农田养分协同优化原理与方法，肥料养分持续高效利用途径及模式等6方面。
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第1章 总论 1
1.1 引言 1
1.2 无机肥料增效机理 2
1.2.1 氮肥损失阻控与高效利用机理 2
1.2.2 磷肥增效的化学/生物学调控机理 4
1.3 有机肥料促效机制 5
1.3.1 畜禽有机肥氮磷生物转化与促效机制 5
1.3.2 秸秆还田碳氮互作提高化肥利用率机制 7
1.4 养分协同优化方法 8
1.4.1 农田养分协同优化原理与方法 8
1.4.2 肥料养分持续高效利用途径及模式 11
1.5 重要结论与创新 14
1.6 未来研究 15
参考文献 16
第2章 氮肥损失阻控与高效利用机理 19
2.1 根区施肥氮素高效利用机理 19
2.1.1 根区施肥的概念及原理 19
2.1.2 根区高浓度养分促进作物生长机理 21
2.1.3 局部土体养分供应促进作物生长机理 23
2.1.4 根区养分供应减少养分损失机理 26
2.2 缓控释氮肥创制与高效利用机理 30
2.2.1 缓控释氮肥的发展趋势 30
2.2.2 基于功能性材料的缓控释氮肥创制 33
2.2.3 生化抑制剂型缓释氮肥创制 55
2.2.4 缓控释肥促进作物养分高效利用机理 78
2.3 基于肥际-根际协调的根区施肥原理 85
2.3.1 根区施肥肥际养分扩散与损失特征 85
2.3.2 作物对不同施肥方式和施肥位点的响应 88
2.3.3 肥际-根际协调的根区施肥技术优化 90
2.4 氮肥持续高效利用的限制因素与调控途径 91
2.4.1 氮肥持续高效利用的限制因素 91
2.4.2 氮肥持续高效利用的调控途径 93
参考文献 94
第3章 磷肥增效的化学/生物学调控机理 97
3.1 典型土壤磷素累积状况与释放潜力 98
3.1.1 我国土壤速效磷状况 98
3.1.2 磷肥施入土壤后的累积 99
3.1.3 典型土壤磷的培肥阈值与淋溶阈值 108
3.2 土壤微生物提高磷肥利用率机理 110
3.2.1 田间条件下菌根真菌对磷的活化利用机理 110
3.2.2 解磷微生物对土壤磷的活化利用效果 122
3.3 作物高效利用土壤磷的生物学机理 127
3.3.1 水稻高效利用土壤磷的生物学机理 127
3.3.2 玉米高效利用土壤磷的生物学机理 130
3.3.3 小麦高效利用土壤磷的生物学机理 152
3.4 磷肥持续高效利用的限制因素与调控途径 156
3.4.1 磷肥高效利用的限制因素 156
3.4.2 提高磷肥高效利用的调控途径 157
参考文献 168
第4章 畜禽有机肥氮磷生物转化与促效机制 174
4.1 畜禽有机肥施用下化肥的减施潜力 174
4.1.1 东北春玉米单作体系化肥减施潜力 174
4.1.2 华北小麦-玉米轮作体系化肥减施潜力 176
4.1.3 长江中下游小麦-水稻轮作体系化肥减施潜力 177
4.1.4 长江中下游双季稻连作体系化肥减施潜力 183
4.2 畜禽有机肥氮磷转化的微生物学机理 192
4.2.1 畜禽有机肥施用下土壤酶活性变化 192
4.2.2 畜禽有机肥施用下土壤微生物群落结构 197
4.2.3 畜禽有机肥碳转化微生物过程及分子机理 204
4.2.4 畜禽有机肥氮转化微生物过程及分子机理 211
4.2.5 畜禽有机肥磷转化微生物过程及分子机理 218
4.3 畜禽有机肥施用下土壤团聚体微生物学特征 227
4.3.1 土壤团聚体有机碳、氮分布 227
4.3.2 土壤团聚体酶活性变化 230
4.3.3 土壤团聚体微生物群落结构 234
4.3.4 土壤团聚体氨氧化微生物分异特征 244
4.3.5 土壤团聚体纤维素分解酶基因多样性 257
参考文献 263
第5章 秸秆还田碳氮互作提高化肥利用率机制 270
5.1 秸秆还田对农田土壤养分库容的影响 270
5.1.1 秸秆还田对农田土壤有机碳库容的影响 270
5.1.2 秸秆还田对农田土壤氮素库容的影响 280
5.1.3 秸秆还田对农田土壤磷素库容的影响 283
5.1.4 秸秆还田对农田土壤钾素库容的影响 286
5.2 秸秆降解过程中养分释放微生物学机理 288
5.2.1 秸秆降解过程中有机组分的变化 288
5.2.2 秸秆降解过程中的养分释放规律 292
5.2.3 秸秆降解中土壤酶活性变化 294
5.2.4 秸秆降解中土壤微生物群落结构变化 295
5.2.5 秸秆还田碳氮互作的微生物学机理 297
5.3 秸秆还田对碳氮微生物固持-释放的影响 308
5.3.1 秸秆还田下土壤微生物碳氮固持/释放特征 308
5.3.2 秸秆还田对作物氮素供应的影响 312
5.3.3 土壤肥力和氮素调控对微生物量碳氮固持与释放的影响 314
5.4 秸秆还田碳氮互作提高氮素利用率的途径 317
5.4.1 东北春玉米单作体系碳氮互作调控途径 317
5.4.2 华北小麦-玉米轮作体系碳氮互作调控途径 317
5.4.3 长江中下游小麦-水稻轮作体系碳氮互作调控途径 319
5.4.4 长江中下游双季稻连作体系碳氮互作调控途径 321
参考文献 323
第6章 农田养分协同优化原理与方法 325
6.1 水稻基于产量反应和农学效率的养分推荐方法 325
6.1.1 水稻养分推荐原理与研究方法 325
6.1.2 水稻养分吸收特征参数 328
6.1.3 水稻养分推荐模型 342
6.1.4 水稻养分专家系统评价 356
6.2 玉米基于产量反应和农学效率的养分推荐方法 361
6.2.1 玉米养分推荐原理与研究方法 361
6.2.2 玉米养分吸收特征参数 362
6.2.3 玉米养分推荐模型 373
6.2.4 玉米养分专家系统评价 385
6.3 小麦基于产量反应和农学效率的养分推荐方法 396
6.3.1 小麦养分推荐原理与研究方法 396
6.3.2 小麦养分吸收特征参数 396
6.3.3 小麦养分推荐模型 402
6.3.4 小麦养分专家系统评价 412
6.4 区域尺度养分系统优化原理与方法 417
6.4.1 区域尺度水稻养分推荐 418
6.4.2 区域尺度玉米养分推荐 419
6.4.3 区域尺度小麦养分推荐 421
参考文献 423
第7章 肥料养分持续高效利用途径及模式 432
7.1 典型农区土壤养分限制因素 432
7.1.1 全国土壤氮的时空变化 432
7.1.2 全国土壤有效磷的时空变化 455
7.1.3 全国土壤速效钾的时空变化 461
7.2 肥料养分高效利用技术集成 470
7.2.1 东北春玉米单作体系肥料高效利用技术集成 470
7.2.2 华北小麦-玉米轮作体系肥料高效利用技术集成 477
7.2.3 长江中下游小麦-水稻轮作体系肥料高效利用技术集成 480
7.2.4 长江中下游双季稻轮作体系肥料高效利用技术集成 495
7.3 肥料养分持续高效利用途径及技术 500
7.3.1 提高化肥利用率的途径 500
7.3.2 提高化肥利用率的关键技术 501
7.4 肥料养分持续高效利用模式 503
7.5 技术示范效果 511
7.5.1 根区施氮/缓控释肥示范 511
7.5.2 磷高效调控示范 511
7.5.3 氮肥有机替代示范 511
7.5.4 秸秆还田调氮示范 512
7.5.5 养分专家系统推荐施肥示范 512
7.5.6 集成技术示范 513
参考文献 513
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